DE19959742A1 - System zur Kompensation von Richtungs- und Positionsschwankungen eines von einem Laser erzeugten Lichtes - Google Patents

Abstract

Bei einem System zur wenigstens weitgehenden Kompensation von Richtungs- und Positionsschwankungen eines von einem Laser (1) erzeugten Lichtstrahles (2), insbesondere für mikrolithografische Beleuchtungseinrichtungen, sind ein im Laserstrahl (2) angeordneter Strahlteiler (4) und wenigstens zwei Strahlumlenkeinrichtungen (7), vorgesehen. Durch den Strahlteiler (4) wird ein Teilstrahl (2a) direkt auf eine Beleuchtungsreferenzfläche (3) der Beleuchtungseinrichtung geleitet, während ein weiterer Teilstrahl (2b) über eine Umwegleitung (5), in dem sich die wenigstens zwei Strahlumlenkeinrichtungen (6, 7) befinden, zum Strahlteiler (4) zurückgeführt und anschließend ebenfalls der Beleuchtungsreferenzfläche zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur wenigstens weitgehenden Kompensation von Richtungs- und Positionsschwankungen eines von einem Laser erzeugten Lichtes, insbesondere für mikrolithogra­ fische Beleuchtungseinrichtungen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung hierzu.

Die Beeinflussung und Veränderung eines von einem Laser erzeug­ ten Lichtes, insbesondere bezüglich Drehung und Fokussierung, ist allgemein bekannt. Hierzu wird z. B. auf die EP 293823 B1 und die US-PS 4,703,166 verwiesen. Beide Patentschriften befassen sich mit einer aktiven Fokussensoreinrichtung, wobei durch Ab­ stimmen der Wellenlänge eines Laserstrahles herausgefunden wer­ den soll, wie groß der Abstand des Objektives zu einem Waver ist. Hierzu erfolgt eine aktive Regelung durch eine entspre­ chende Drehung von Spiegeln. Gleichzeitig sollen dabei auch Vibrationsbewegungen eines Positionstisches kompensiert werden.

Laserbetriebene Beleuchtungssysteme, wie sie z. B. in mikroli­ thografischen Projektionsbelichtungsanlagen verwendet werden, reagieren empfindlich auf Positions- und Richtungsschwankungen der Laserstrahlung am Eingang des Systems. Insbesondere die Gleichförmigkeit der Lichtverteilung und der Schwerstrahlwin­ kelverlauf (Telezentrie) werden dadurch negativ beeinflußt. Positions- und Richtungsschwankungen lassen sich auch bei Ein­ haltung von möglichst kleinen Toleranzen nicht immer vermeiden. So treten z. B. Änderungen alleine schon dann ein, wenn sich im Betrieb der Laser erwärmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Positions- und Richtungsschwankungen eines von einem Laser er­ zeugten Lichtes, insbesondere für mikrolithografische Beleuch­ tungseinrichtungen, durch die die Gleichförmigkeit der Licht­ verteilung und der Verlauf des Schwerstrahlwinkels negativ be­ einflußt werden, soweit wie möglich zu kompensieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 ge­ nannten Merkmale systemmäßig gelöst.

Eine Vorrichtung hierzu ist in Anspruch 3 aufgezeigt.

Erfindungsgemäß erfolgt nun eine Aufteilung des von einem Laser erzeugten Laserstrahles zwischen dem Laser und dem Beleuch­ tungssystem bzw. der Beleuchtungseinrichtung an einem Strahl­ teiler in zwei Teilstrahlen, wobei ein erster Teilstrahl direkt auf eine Beleuchtungsreferenzfläche geleitet wird. Der zweite Teilstrahl wird über eine Umwegleitung mit wenigstens zwei Strahlumlenkeinrichtungen geleitet, bevor er nach einem erneuten Durchgang des Strahlteilers anschließend ebenfalls der Beleuch­ tungsreferenzfläche zugeführt wird.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, Schwankun­ gen des Lasers bezüglich seiner Position zu symmetrisieren und damit deren Wirkung auf das Beleuchtungssystem zu eliminieren.

Gleichzeitig läßt sich mit dem erfindungsgemäßen System und der Vorrichtung hierzu auch eine Kompensation von Richtungsschwan­ kungen des Lasers erreichen. Zwar kommt es dabei zu einem leichten Strahlenversatz, aber in der Praxis beträgt der Strah­ lenversatz weniger als 1% der Strahlenbreite. Wesentlich ist, daß durch das vorgeschlagene System eine Stabilisierung der Schwerstrahlposition und der Schwerstrahlrichtung erreicht wird.

Da es durch den Strahlteiler zu mehreren Umläufen des über die Strahlumlenkeinrichtung geführten Teilstrahles kommt, kann für eine gleichmäßigere Lichtverteilung in vorteilhafter Weise vor­ gesehen sein, daß die Aufteilung des Laserstrahles in einem Teilungsverhältnis von erstem Teilstrahl zu zweitem Teilstrahl mit 33.3/66.7 steht.

Als Strahlteiler läßt sich vorteilhafterweise ein Strahlteiler­ würfel verwenden, weil auf diese Weise ein Strahlversatz, der durch eine Strahlteilerplatte selbst erzeugt werden würde, ver­ mieden wird. Selbstverständlich ist der Strahlteilerwürfel auf die verwendete Wellenlänge abzustimmen.

In einfacher Weise lassen sich als Strahlumlenkeinrichtungen Umlenkspiegel verwenden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 den Verlauf eines von einem Laser erzeugten Laserstrah­ les mit Kompensation von Richtungsschwankungen,

Fig. 2 den Verlauf eines von einem Laser erzeugten Laserstrah­ les mit Kompensation von Positionsschwankungen.

Von einem nicht näher dargestellten Laser 1 wird ein Laser­ strahl 2 erzeugt. Der Laserstrahl 2 ist als optimaler Strahl 2' in den Fig. 1 und 2 als durchgezogener Strich dargestellt, wobei keinerlei Richtungs- und Positionsschwankungen vorhanden sind. In punktierter Darstellung ist in beiden Figuren ein de­ justierter Strahl 2 dargestellt. Der optimale Strahl 2' läßt sich in der Praxis in dieser exakten Form nicht realisieren. Entsprechend den Abweichungen tritt bei einer Dejustage des Strahles 2 bei Richtungsschwankungen des Lasers (siehe Fig. 1), d. h. bei einer Schrägstellung des Lasers, ein Winkelfehler an einer Beleuchtungsreferenzfläche 3 auf. Die Beleuchtungsrefe­ renzfläche 3 befindet sich bei bekannten Systemen und Vorrich­ tungen im allgemeinen im direkten Laserstrahl. Je größer der Abstand des Lasers 1 von der Beleuchtungsreferenzfläche 3 ist, um so stärker wirkt sich die Winkelabweichung aus.

Bei einem Parallelversatz des Lasers 1 (Fig. 2) tritt in glei­ cher Weise ein Parallelversatz des Laserstrahles 2 auf, der ebenfalls zu einer Verschiebung des Laserstrahles 2 aus der Symmetrieebene führt.

In Fig. 1 ist nun die Kompensation von Richtungsschwankungen des Lasers 1 dargestellt. Hierzu befindet sich im Strahlengang zwischen dem Laser 1 und der Beleuchtungseinrichtung bzw. der Beleuchtungsreferenzfläche 3 ein Strahlteiler 4. An dem Strahl­ teiler 4 erfolgt eine Aufteilung des auf ihn treffenden Laser­ strahles 2 in einen ersten Teilstrahl 2a, der direkt auf die Beleuchtungsreferenzfläche 3 geleitet wird, und in einen weite­ ren bzw. zweiten Teilstrahl 2b, der derart über eine Umweglei­ tung 5, in der sich wenigstens zwei Strahlumlenkeinrichtungen 6 und 7 befinden, geführt wird, daß der umgelenkte Teilstrahl 2b ein weiteres Mal dem Strahlteiler 4 zugeleitet wird, von wo aus er anschließend ebenfalls der Beleuchtungsreferenzfläche 3 zu­ geführt wird.

Da im allgemeinen der weitere Teilstrahl 2b mehrfach den Weg über die Umwegleitung 5 nimmt, wird man einen Strahlteiler, der z. B. ein Strahlteilerwürfel 4 sein kann, derart ausbilden, daß das Teilungsverhältnis vom ersten Teilstrahl, welcher direkt der Beleuchtungsreferenzfläche 3 zugeleitet wird, und dem zwei­ ten Teilstrahl 2b, welcher den Weg über die Umwegleitung 5 mehrfach nimmt, von 33.3/66.7 beträgt.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, beeinflußt der Strahlteiler 4 den optimalen Strahl 2' in keiner Weise, denn auch der Teil­ strahl, welcher den Weg über die Umwegleitung und die beiden als Umlenkspiegel 6 und 7 ausgebildeten Strahlumlenkeinrichtun­ gen nimmt, trifft exakt in der Symmetrieebene 8 auf die Be­ leuchtungsreferenzfläche 3.

Der Verlauf eines dejustierten Laserstrahles 2 sieht jedoch in diesem Fall anders aus. Bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel mit der beispielsweise vorgegebenen Winkelabweichung liegt der dem von dem Strahlteil 4 abgelenkte Teilstrahl 2a vor, leicht rechts neben der Symmetrieebene 8 der Beleuchtungs­ referenzfläche 3. Der Teilstrahl 2b, der den Weg über die Um­ wegleitung 5 genommen hat, trifft entsprechend links von der Symmetrieebene 8 auf die Beleuchtungsreferenzfläche 3. Dies bedeutet, er liegt im Vergleich mit dem Teilstrahl 2a jeweils auf der anderen Seite der Symmetrieebene 8. Wie ersichtlich, ergibt sich dadurch eine Strahlverbreiterung und ein minimaler Strahlversatz, aber diese Änderungen sind in der Praxis so ge­ ring, daß sie vernachlässigbar sind. Aus Übersichtlichkeits­ gründen sind in den Fig. 1 und 2 die Abweichungen des Laser­ strahls 2 von dem optimalen Laserstrahl 2' auch stark übertrie­ ben dargestellt. In der Praxis treten Richtungsschwankungen auf, die kleiner als 0.2 mrad sind. Parallelverschiebungen, die nachfolgend anhand der Fig. 2 besprochen werden, liegen in ei­ ner maximalen Größenordnung von 0,5 mm, was bei Strahldurchmes­ ser von im allgemeinen 30 mm ebenfalls vernachlässigbar ist.

Wesentlich ist lediglich, daß sich die Schwerpunktrichtung nicht ändert. Der Schwerpunktstrahl soll möglichst rechtwinklig auf die Beleuchtungsrefernzfläche 3 treffen. Dadurch, daß nun der Teilstrahl 2a rechts und der Teilstrahl 2b links von der Symmetrieebene 8 liegt, womit entsprechende Abweichungen des Schwerpunktstrahles vorhanden sind, wird jedoch erreicht, daß der Mittelwert des etwas breiter gewordenen Schwerpunktstrahles jedoch wieder senkrecht auf der Beleuchtungsreferenzfläche 3 liegt. Auf diese Weise werden die Richtungsschwankungen prak­ tisch kompensiert. Hierzu ist es lediglich erforderlich, das Teilungsverhältnis derart geschickt zu wählen, daß beide Teil­ strahlen gleich stark sind, womit dann der eine Teilstrahl mit dem anderen Teilstrahl genau kompensiert wird. Der dabei auf­ tretende leichte Versatz spielt - wie bereits erwähnt - in der Praxis keine Rolle. Gleiches gilt auch für die geringfügig grö­ ßer werdenden Divergenzen des Strahles.

Noch klarer liegen die Verhältnisse bei einer Kompensation von Postitionsschwankung des Lasers, wie es in der Fig. 2 darge­ stellt ist. Wie ersichtlich, liegen dabei die beiden Teilstrah­ len 2a und 2b symmetrisch zur Symmetrieebene 8. In diesem Fall treffen beide Teilstrahlen rechtwinklig auf die Beleuchtungsre­ ferenzfläche, und auch die Symmetrie bleibt erhalten. Lediglich die Breite des Strahles ist geringfügig größer geworden, was jedoch - wie bereits erwähnt - in der Praxis im Vergleich zu dem Stahldurchmesser des Laserstrahles von 30 bis 40 mm ver­ nachlässigbar ist.

Claims (5)

1. System zur wenigstens weitgehenden Kompensation von Rich­ tungs- und Positionsschwankungen eines von einem Laser er­ zeugten Lichtstrahles, insbesondere für eine lithografische Beleuchtungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen im La­ serstrahl angeordneten Strahlteiler (4) und wenigstens zwei Strahlumlenkeinrichtungen (6, 7), wobei durch den Strahltei­ ler (4) ein Teilstrahl (2a) direkt auf eine Beleuchtungsre­ ferenzfläche (3) der Beleuchtungseinrichtung geleitet wird, während ein weiterer Teilstrahl (2b) über eine Umwegleitung (5), in dem sich die wenigstens zwei Strahlumlenkeinrich­ tungen (6, 7) befinden, zum Strahlteiler (4) zurückgeführt und anschließend ebenfalls der Beleuchtungsrefernzfläche (3) zugeführt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des Laserstrahls (2) in einem Teilungsverhältnis von erstem Teilstrahl (2a) zu zweitem Teilstrahl (2b) mit wenigstens annähernd 33.3/66.7 steht.

3. Vorrichtung zur wenigstens weitgehenden Kompensation von Richtungs- und Positionsänderungen eines von einem Laser erzeugten Lichtstrahles, insbesondere für eine mikrolitho­ grafische Beleuchtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufteilung des Laserstrahls (2) in Teilstrahlen (2a, 2b) ein Strahlteiler (4) und wenigstens zwei Strahlum­ lenkeinrichtungen (6, 7) zwischen dem Laser (1) und der Be­ leuchtungseinrichtung (Beleuchtungsreferenzfläche 3) ange­ ordnet ist, wobei die Strahlumlenkeinrichtungen (6, 7) der­ art angeordnet sind, daß sie den durch sie umgelenkten Teilstrahl (2b) zu dem Strahlteiler (4) zurückführen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler als Strahlteilerwürfel (4) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkeinrichtungen als Umlenkspiegel (6, 7) ausgebildet sind.